树状数组

参见: https://www.cnblogs.com/hsd-/p/6139376.html
https://blog.csdn.net/u011644423/article/details/38332287

树状数组(Binary Indexed Tree,BIT,二分索引树),最早由Peter M. Fenwick于1994年以A New Data Structure for Cumulative Frequency Tables为题发表在SOFTWARE PRACTICE AND EXPERIENCE。其初衷是解决数据压缩里的累积频率(Cumulative Frequency)的计算问题,现多用于高效计算数列的前缀和。它可以以

O(\log n)

的时间得到
\sum_{i=1}^N a[i]

,并同样以
O(\log n)

对某项加一个常数。

用途:主要用于查询任意两位之间的所有元素之和,但是每次只能修改一个元素的值;经过简单修改可以在log(n)的复杂度下进行范围修改,但是这时只能查询其中一个元素的值。

与线段树的比较:这种数据结构(算法)并没有C++和Java的库支持,需要自己手动实现。在Competitive Programming的竞赛中被广泛的使用。树状数组和线段树很像,但能用树状数组解决的问题,基本上都能用线段树解决,而线段树能解决的树状数组不一定能解决。相比较而言,树状数组效率要高很多。

实际上就是一个二分的原理

图片发自简书App

用到的数组(变量):

  • C[] 树状数组,为A数组中的一段长条的连续和,长条是以它自身为结尾的水平长条。C[]的下标,由i-lowbit(i)+1到i。(i-lowbit(i)+1=长条最左下标)
  • lowbit(i) = 2^k,k为i的二进制中0的数量。
  • 另外 lowbit(i) = 长条i的长度
  • Si,计算query(L,R)=Sr - Sl-1的前缀数组(这里只是逻辑上的数组)

主要原理:

  • 1 对于结点i,若为左结点,则父结点为i + lowbit(i); 若为左结点,则父结点为i - lowbit(i) 。对于左结点,它往左爬时(看作特殊根结点)该规律仍成立,右结点亦然。实际上这也是计算前缀数组与修改树状数组的基础。
  • 2 计算Si,不一定沿着树地往左往上(参见1与下图)
  • 3 修改Ai时,需要更新的C数组,不一定沿着树得往右往上(参见1与下图)
    图片发自简书App
int lowbit(int x){
      return x&-x;//因为补码
}
void add(int k,int num)  
{  
    while(k<=n)  
    {  
        tree[k]+=num;  
        k+=lowbit(k);  //看成右子树
    }  
}  
int read(int k)//1~k的区间和  
{  
    int sum=0;  
    while(k)  
    {  
        sum+=tree[k];  
        k -=lowbit(k);//看成左子树
    }  
    return sum;  
}  
void getTree(){  
    for(int i=1;i<=n;i++){  
        C[i]=0;//初始化  
        for(int j=i-lowbit(i)+1;j<=i;j++){  
            C[i]+=A[j];
        }  
    }  
} 
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